49-基于ZigBee的室内甲醛监测系统设计与实现
1 选题背景与意义
室内甲醛污染已成为影响人体健康的重要环境问题，同时传统监测方式和通信技术存在明显短板。
室内甲醛污染问题突出：室内装修材料、家具、粘合剂等会持续释放甲醛，其释放周期可长达 3-15 年。长期暴露在超标甲醛环境中，会引发呼吸道疾病、过敏反应，甚至增加癌症风险，对老人、儿童等敏感人群危害更大。
传统监测方式存在局限：传统甲醛监测多采用手持检测仪单点、定时检测，无法实现 24 小时实时监测；且检测数据需人工记录，无法自动存储、分析和远程查看，难以满足持续管控需求。
ZigBee 技术适配监测场景：在物联网通信技术中，WiFi 功耗高、蓝牙传输距离短，而 ZigBee 具备低功耗（节点续航可达数年）、自组网（支持多节点分布式监测）、低成本（硬件和通信模块价格低）的特点，非常适合室内多区域、长期稳定的监测需求。
相比传统单点监测，ZigBee 的自组网能力可实现 “多点覆盖、集中管理”，能更全面地反映室内甲醛分布情况；同时低功耗特性解决了无线监测设备频繁充电的痛点，提升了系统的实用性和稳定性。该系统可作为智能家居的子模块，与空调、新风系统、净化器等设备联动，实现 “监测 - 预警 - 联动控制” 的闭环，推动智能家居从 “便捷控制” 向 “健康主动管理” 升级，具有广阔的市场应用前景。
2 技术框架
技术框架：ZigBee终端节点+ZigBee协调器节点+蓝牙无线通信技术+手机App
开发环境：ZigBee开发环境：IAR Embedded Workbench开发环境
手机App开发环境：E4A易安卓开发环境
3 实现功能
（1）甲醛浓度监测：选用JW-01甲醛传感器实时监测室内的甲醛浓度，当监测到的甲醛浓度大于设定阈值的最大值，蜂鸣器报警提醒。
（2）苯系物浓度监测：选用MQ-135苯系物传感器实时监测室内的苯系物浓度，当监测到的苯系物浓度大于设定阈值的最大值，蜂鸣器报警提醒。
（3）手动控制模式：手动控制模式下，可以通过按键或手机App控制风扇的开关及挡位和窗户联动器。
（4）设定阈值：可以根据实际情况来通过按键和手机App设定甲醛或苯系物的浓度的最佳阈值。
（5）自动控制模式：自动控制模式下，当甲醛浓度超过阈值的最大值或苯系物浓度高于阈值的最大值时，自动开启风扇通风换气和窗户联动器，具体机制为
甲醛浓度或苯系物浓度<20%,风扇0挡，窗户联动器关；甲醛浓度或苯系物浓度处于20%~40%，风扇0挡，窗户联动器开；甲醛浓度或苯系物浓度处于40%~60%，风扇1挡，窗户联动器开；甲醛浓度或苯系物浓度处于60%~80%，风扇2挡，窗户联动器开；甲醛浓度或苯系物浓度处于60%~80%，风扇3挡，窗户联动器开；
（6）屏幕显示：通过本地人机交互屏幕显示检测的室内甲醛浓度、苯系物浓度，阈值及窗户联动器和风扇的状态；
（7）通过具有功耗小、安全性高等特点的蓝牙无线通信技术将监测数据上传至手机App，用户可以通过手机App查看数据、设定阈值和控制联动设备。
4 系统总体设计
基于ZigBee的室内甲醛监测系统分为ZigBee 终端节点和ZigBee 协调器节点两大核心部分，各模块承担不同角色：
- 采集模块：包含甲醛检测模块和苯系物检测模块，负责实时采集室内甲醛、苯系物等有害气体的浓度数据。
- 控制模块：由风扇、窗户联动器、蜂鸣器组成，用于在气体浓度超标时，通过通风（风扇、窗户联动）或声光报警（蜂鸣器）的方式主动干预，降低有害气体浓度。
- ZigBee 终端节点（CC2530 单片机）：作为 “数据采集与执行端”，接收采集模块的气体数据，同时向控制模块发送指令；由电源供电模块提供电能。
- ZigBee 协调器节点（CC2530 单片机）：作为 “数据处理与交互端”，通过ZigBee 组网与终端节点通信，实现数据汇总和指令分发；同样由电源供电模块供电。
- 交互与预警模块：
- 屏幕显示模块：实时显示采集到的气体浓度、系统状态等信息。
- 按键控制模块：用于人工设置参数（如报警阈值）、切换系统模式。
- 蜂鸣器报警模块：当气体浓度超标时，发出声光报警。
- 蓝牙通信模块 + 手机 App：通过蓝牙无线通信，将监测数据同步到手机 App，实现远程查看、远程控制等功能。
- ZigBee 组网：终端节点与协调器节点之间通过ZigBee 无线通信协议组网，实现数据的双向传输（终端节点向协调器发送采集数据，协调器向终端节点发送控制指令）。
- 蓝牙通信：协调器节点通过蓝牙模块与手机 App 连接，实现 “本地 + 远程” 的双端交互，让用户可随时查看数据、远程控制设备。
系统工作流程
- 数据采集：采集模块持续检测甲醛、苯系物浓度，将数据发送给 ZigBee 终端节点。
- 数据传输：终端节点通过 ZigBee 组网，将数据上传至协调器节点。
- 数据处理与交互：协调器节点将数据在屏幕显示，并通过蓝牙同步到手机 App；同时判断浓度是否超标，若超标则触发蜂鸣器报警，并向终端节点发送指令，控制风扇、窗户联动器开启通风。
- 人工干预：用户可通过按键控制模块设置参数，或在手机 App 上远程调整系统模式。
这一架构充分利用了 ZigBee“低功耗、自组网” 的特性，结合多模块协同，实现了 “采集 - 传输 - 分析 - 预警 - 控制” 的闭环，为室内空气质量的智能化监测与治理提供了完整解决方案。
